JP6670328B2

JP6670328B2 - 舶用二重殻タンク

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Publication number: JP6670328B2
Application number: JP2017566238A
Authority: JP
Inventors: 良介浦口; 雄三江口; 村岸　治; 治村岸; 今井　達也; 達也今井; 雄一郎上田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JPWO2017138044A1; WO2017138044A1

Description

本発明は、船舶に搭載される、横置き円筒状の舶用二重殻タンクに関する。

例えば液化ガス運搬船などの船舶には、液化ガス用の二重殻タンクが搭載されている。この舶用二重殻タンクでは、内槽と外槽との間に断熱層（例えば、真空断熱層）が形成される。例えば、特許文献１には、横置き円筒状の舶用二重殻タンクが開示されている。

具体的に、特許文献１に開示された舶用二重殻タンクでは、内槽が、液化ガスを貯留する内槽本体部と、内槽本体部から上向きに突出する内槽ドームを含み、外槽が、内槽本体部を取り囲む外槽本体部と、内槽ドームを取り囲む外槽ドームを含む。内槽ドームは内槽を貫通する配管を集約するためものであり、それらの配管は、内槽ドームおよび外槽ドームを貫通するように配置される。

内槽本体部と外槽本体部との間には、一対の支持体（特許文献１では、支持機構２１）が配置されており、内槽ドームと外槽ドームとの間には、拘束体（特許文献１では、第１拘束機構６と第２拘束機構７のセット）が配置されている。支持体は、タンクの軸方向に互いに離間しており、外槽本体部の内周面上で内槽本体部をスライド可能に支持する。拘束体は、外槽ドームに対する内槽ドームの中心位置を拘束する。すなわち、特許文献１に開示された舶用二重殻タンクでは、内槽内に液化ガスが投入されたときに、内槽がタンクの軸方向において内槽ドームの中心に向かって熱収縮する。

国際公開第２０１４／２０３４７１号

上述したように、特許文献１に開示された舶用二重殻タンクでは、内槽本体部がタンクの軸方向にスライド可能である一方で、内槽ドームが拘束体によって保持されている。従って、内槽内に液化ガスが投入された状態で、船舶が海上で揺動したり船舶の推進速度が変化してタンクの軸方向に加速度が生じたときに、拘束体による内槽ドームの保持位置から内槽の重心までの距離に応じた大きな軸方向モーメントが発生することがある。このように大きな軸方向モーメントが発生すると、内槽ドームと内槽本体部の境界近傍または拘束体近傍に大きな応力が作用する。

そこで、本発明は、内槽ドームと内槽本体部の境界近傍または拘束体近傍に大きな応力が作用することを抑制できる舶用二重殻タンクを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の舶用二重殻タンクは、横置き円筒状の舶用二重殻タンクであって、液化ガスを貯留する内槽本体部および前記内槽本体部から上向きに突出する内槽ドームを含む内槽と、前記内槽本体部を取り囲む外槽本体部および前記内槽ドームを取り囲む外槽ドームを含む外槽と、前記内槽ドームと前記外槽ドームとの間に配置された、前記外槽ドームに対する前記内槽ドームの中心位置を拘束する拘束体と、前記タンクの軸方向において前記内槽ドームの中心の両側に配置され、前記内槽本体部の外周面に固定された、前記外槽本体部の内周面上をスライド可能な一対の支持体と、前記外槽本体部の内周面に固定された、前記一対の支持体の間で前記タンクの軸方向に互いに離間する一対のストッパーであって、前記内槽内に液化ガスが投入されたときに前記内槽本体部の熱収縮に伴って移動する前記一対の支持体とそれぞれ接触または近接する一対のストッパーと、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、内槽内に液化ガスが投入されたときには、一対の支持体が内槽本体部の熱収縮に伴って移動して一対のストッパーと接触するか近接する。従って、内槽内に液化ガスが投入された状態で、タンクの軸方向に加速度が生じて拘束体による内槽ドームの保持位置を中心とする大きな軸方向モーメントが発生したとしても、一方の支持体と一方のストッパーとの当接により、内槽本体部は全く移動しないか僅かにしか移動しない。従って、内槽ドームと内槽本体部の境界近傍または拘束体近傍に大きな応力が作用することを抑制することができる。しかも、内槽本体部が熱収縮するときに、摩擦によりタンクの軸方向において内槽ドームの中心以外の位置を中心に不適切に熱収縮しようとしても、一方のストッパーと一方の支持体との接触により、そのような不適切な熱収縮を正すことができる。

上記の舶用二重殻タンクは、前記タンクの軸方向において前記一対の支持体の両側に配置され、前記外槽本体部の内周面に固定された、前記内槽内に液化ガスが投入されていないときに前記一対の支持体とそれぞれ接触または近接する一対のポジショナーをさらに備えてもよい。この構成によれば、製造時には内槽を一対の支持体が一対のポジショナーの内側に挿入されるように設置することで、内槽を簡単に正規の位置に位置決めすることができる。また、内槽内から液化ガスが取り除かれて内槽本体部が熱膨張するときは、摩擦によりタンクの軸方向において内槽ドームの中心以外の位置を中心に不適切に熱膨張しようとしても、一方のポジショナーと一方の支持体との接触により、そのような不適切な熱膨張を正すことができる。

前記一対の支持体のそれぞれは、各々の軸方向が前記内槽本体部の径方向と合致するように前記内槽本体部の周方向に配列された複数の筒状体を含んでもよい。この構成によれば、支持体が中空構造となるため、支持体を介した外槽外から内槽内への熱侵入を抑制することができる。

前記複数の筒状体のそれぞれは、ガラス繊維強化プラスチックからなってもよい。この構成によれば、支持体を介した熱侵入をいっそう抑制することができる。

前記一対のストッパーのそれぞれは、前記支持体の全域に跨るように前記内槽本体部の周方向に延びる棒状の部材であってもよい。この構成によれば、船舶が海上で揺動したり船舶の推進速度が変化したときに、ストッパーと外槽本体部との固定部に作用する剪断応力を小さくすることができる。

前記内槽と前記外槽との間の空間は真空空間であってもよい。この構成によれば、長時間に亘り液化ガスを低温に維持することができる。

本発明によれば、内槽ドームと内槽本体部の境界近傍または拘束体近傍に大きな応力が作用することを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る舶用二重殻タンクの側面断面図である。図１のII−II線に沿った正面断面図である。図１のIII−III線に沿った平面断面図である。支持体の正面断面図である。図４のV−V線に沿った断面図である。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る舶用二重殻タンク１を示す。舶用二重殻タンク１は、液化ガス運搬船などの船舶に搭載される。舶用二重殻タンク１は、横置き円筒状であり、一般に、タンク１の軸方向が船長方向と平行となる向きで配置される。

具体的に、舶用二重殻タンク１は、内槽２と、内槽２の周囲の空間１０を包み込む外槽３を含む。本実施形態では、内槽２と外槽３の間の空間１０は真空空間である。ただし、内槽２と外槽３の間の空間１０には、アルゴンガス等の熱伝導率が低い気体が充填されていてもよい。

内槽２は、液化ガスを貯留する内槽本体部２１と、内槽本体部２１から上向きに突出する内槽ドーム２２を含む。本実施形態では、内槽ドーム２２の軸方向が鉛直方向と平行であるが、内槽ドーム２２の軸方向は鉛直方向に対して多少傾いていてもよい。

内槽本体部２１は、半径が一定の円形断面で横方向（タンク１の軸方向）に延びる胴部と、この胴部の両側の開口を塞ぐ半球状の閉塞部を含む。ただし、閉塞部は、胴部と垂直なフラットであってもよいし、皿状であってもよい。後述する内槽本体部２１の周方向は、胴部の中心線回りの方向であり、内槽本体部２１の径方向は、胴部の中心線から放射状に広がる方向である。

内槽本体部２１に貯留される液化ガスは、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ、約−４５℃）、液化エチレンガス（ＬＥＧ、約−１００℃）、液化天然ガス（ＬＮＧ、約−１６０℃）、液化水素（ＬＨ₂、約−２５０℃）、液化ヘリウム（ＬＨｅ、約−２７０℃）である。

外槽３は、内槽本体部２１を取り囲む外槽本体部３１と、内槽ドーム２２を取り囲む外槽ドーム３２を含む。すなわち、外槽本体部３１は内槽本体部２１を大型化した形状を有しており、外槽ドーム３２は内槽ドーム２２を大型化した形状を有している。外槽本体部３１の形状は、内槽本体部２１の形状と同じであることが望ましい。外槽ドーム３２の形状は、内槽ドーム２２の形状と同じであってもよいし異なっていてもよい。

船体１１には、タンク１の軸方向に互いに離間する一対の外部台座１２が設けられており、外部台座１２によって外槽本体部３１が支持されている。一方、内槽本体部２１と外槽本体部３１の間には、外部台座１２と対応する位置に一対の支持体５が配置されている。また、内槽ドーム２２と外槽ドーム３２の間には、拘束体４が配置されている。なお、内槽２は、支持体５および拘束体４の存在する領域以外では、防熱材（図示せず）で覆われている。

拘束体４は、内槽ドーム２２の軸方向における外槽ドーム３２に対する内槽ドーム２２の相対移動を許容する一方、内槽ドーム２２の軸方向と直交する方向における外槽ドーム３２に対する内槽ドーム２２の相対移動を禁止する。つまり、拘束体４は、外槽ドーム３２に対する内槽ドーム２２の中心位置を拘束する。

このように機能する拘束体４の構造としては、種々の構造が採用可能である。本実施形態では、図３に示すように、拘束体４が、内槽ドーム２２の回りに等角度ピッチで配置された４つの支持機構４０を含む。各支持機構４０は、内槽ドーム２２の中心Ｃからタンク１の軸方向（図３では左右方向）に対して４５度の角度方向に配置されている。

各支持機構４０は、内槽ドーム２２を、内槽ドーム２２の軸方向および径方向にスライド可能に支持する。より詳しくは、各支持機構４０は、内槽ドーム２２に固定された、内槽ドーム２２の径方向に突出する第１部材４１と、外槽ドーム３２に固定された、第１部材４１を内槽ドーム２２の周方向からスライド可能に挟持する一対の第２部材４２を含む。図３では、第１部材４１が第２部材４２に対してスライド可能であることをそれらの間の隙間によって誇張して表しているが、その隙間は実際にはそれほど大きくない。このような構造の支持機構４０が内槽ドーム２２の回りに配置されているので、内槽ドーム２２は、外槽ドーム３２に対して軸方向にのみ相対移動可能である。

ただし、各支持機構４０の構造は適宜変更可能である。例えば、各支持機構４０が１つの第１部材４１と１つの第２部材４２を有していてもよい。また、各支持機構４０において、第１部材４１および第２部材４２がリブで補強された薄い板であり、第１部材４１と第２部材４２の間に断熱部材が配置されていてもよい。その断熱部材は、中実のブロックであってもよいし、第１部材４１と第２部材４２とが対向する方向に延びる筒状であってもよい。また、各支持機構４０は、特許文献１に開示されているようにテーパー面同士がスライド可能に接触する構造を有していてもよい。さらに、支持機構４０の数は、必ずしも４つである必要はなく、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

図１に示すように、一対の支持体５は、タンク１の軸方向において内槽ドーム２２の中心Ｃの両側に配置されている。また、一対の支持体５は、互いに同じ構造を有している。各支持体５は、内槽本体部２１の外周面に固定されており、外槽本体部３１の内周面上をスライド可能である。各支持体５は、内槽本体部２１の下側の所定の範囲を支持するように、内槽本体部２１の周方向に展開している。

具体的に、各支持体５は、図２および図４に示すように、内槽本体部２１の周方向に配列された複数の筒状体５１を含む。各筒状体５１は、当該筒状体５１の軸方向が内槽本体部２１の径方向と合致するように配置されている。ここで、「方向が合致」とは、筒状体５１の軸方向と内槽本体部２１の径方向とが実質的に平行であることをいう（例えば、それらの方向の角度差が５度以下）。なお、全ての筒状体５１は、必ずしも内槽本体部２１の周方向に延びる同一直線上に配列されている必要はなく、千鳥状に配列されていてもよい。本実施形態では各筒状体５１の断面形状が円形状であるが（図５参照）、各筒状体５１の断面形状は多角形状であってもよい。

本実施形態では、各筒状体５１が、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）からなる。ただし、筒状体５１を構成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）や他のＦＲＰ（例えば、布強化フェノール樹脂）であってもよいし、金属であってもよい。

図４に示すように、各筒状体５１の内側端部は、内槽本体部２１の外周面上で内側部材５２により保持されており、各筒状体５１の外側端部は、外槽本体部３１の内周面上で外側部材５３により保持されている。なお、図２では、図面の簡略化のために、内側部材５２および外側部材５３を省略している。

内槽本体部２１の外周面には、各支持体５と対応する領域に、内槽本体部２１の周方向に延びる帯状の補強板２３が溶接などにより固定されている。この補強板２３に、内側部材５２が溶接などにより固定されている。ただし、内側部材５２は、補強板２３に立てられたスタットボルトにナットによって固定されてもよい。

本実施形態では、各内側部材５２が、筒状体５１の内側端部が内側に嵌まり込む、筒状体５１の端面と当接する内向き突起を内周面に有するスリーブ状である。各内側部材５２と筒状体５１とは、ピンなどにより互いに連結される。ただし、各内側部材５２は、筒状体５１の内側端部の内側に嵌まり込む、筒状体５１の端面と当接する外向き突起を外周面に有するスリーブ状または円盤状であってもよい。また、内側部材５２は、必ずしも互いに独立している必要はなく、全ての内側部材５２がつながっていてもよい。

一方、外槽本体部３１の内周面には、各支持体５と対応する領域に、内槽本体部２１の周方向に延びるスライドシート９が固定されている。本実施形態では、スライドシート９が、筒状体５１と同数のシート片９１，９２に分割されている。ただし、スライドシート９は、内槽本体部２１の周方向に連続する一枚のシートであってもよい。スライドシート９（シート片９１，９２のそれぞれ）は、潤滑性のある材料（例えば、フッ素樹脂、二硫化モリブテン）からなる。

筒状体５１のうち内槽本体部２１の最下点を支持する筒状体５１の外側端部を保持する中央の外側部材５３と外槽本体部３１との間には第１シート片９１が介在しており、その他の筒状体５１の外側端部を保持する非中央の外側部材５３のそれぞれと外槽本体部３１との間には第２シート片９２が介在している。

内槽本体部２１の周方向において、中央の外側部材５３の両側には、一対のガイド８が配置されている。各ガイド８は、中央の外側部材５３に接しながらタンク１の軸方向に延びており、溶接などにより外槽本体部３１の内周面に固定されている。すなわち、中央の外側部材５３は、一対のガイド８にガイドされることにより、第１シート片９１を介して外槽本体部３１の内周面上をタンク１の軸方向にのみスライド可能である。一方、非中央の外側部材５３は、第２シート片９２を介して外槽本体部３１の内周面上をあらゆる方向にスライド可能である。このため、内槽２内に液化ガスが投入されて、図１中に二点鎖線で示すように内槽２（内槽本体部２１および内槽ドーム２２）が熱収縮するときは、タンク１の軸方向と直交する面上では内槽２が最下点に向かって熱収縮する。

ただし、タンク１の軸方向にのみスライド可能な外側部材５３は、１つだけである必要はない。例えば、中央の外側部材５３およびその両隣の外側部材５３の３つの外側部材５３がタンク１の軸方向のみにスライド可能であってもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、タンク１の軸方向において、一対の支持体５の内側（つまり、各支持体５から見て内槽ドーム２２の中心Ｃに向かう側）に一対のストッパー６が設けられているとともに、一対の支持体５の両側である外側（つまり、各支持体５から見て内槽ドーム２２の中心Ｃとは反対側）に一対のポジショナー７が設けられている。ストッパー６およびポジショナー７は、溶接などにより外槽本体部３１の内周面に固定されている。

一対のストッパー６は、一対の支持体５の間でタンク１の軸方向に互いに離間している。また、各ストッパー６は、内槽２内に液化ガスが投入されていないときに（すなわち、常温時）、対応する支持体５から距離Ｘだけ離れている。距離Ｘは、内槽２内に液化ガスが投入されたときに、各支持体５が内槽本体部２１の熱収縮に伴って移動して対応するストッパー６と接触または近接するように設定されている。ここで、「近接」は、物体間の距離が１０ｍｍ以下のことをいう。例えば、距離Ｘは、以下の式により算出される。

Ｘ＝Ｌ×α×ΔＴ
Ｌ：内槽ドーム２２の中心Ｃから支持体５までの距離
α：内槽２の線膨張率
ΔＴ：常温と液化ガスとの温度差
一方、各ポジショナー７は、内槽２内に液化ガスが投入されていないときに、対応する支持体５と接触または近接する。

本実施形態では、図４および図５に示すように、各ストッパー６が、支持体５の全域に跨るように内槽本体部２１の周方向に延びる棒状の部材である。同様に、各ポジショナー７は、支持体５の全域に跨るように内槽本体部２１の周方向に延びる棒状の部材である。ストッパー６およびポジショナー７は、支持体５のうちの外側部材５３と接触または近接する。ストッパー６とポジショナー７の間に、上述したガイド８が配置されている。

ただし、各ストッパー６は、外側部材５３と同数のストッパー片に分割されていてもよい。また、各ストッパー６は、外側部材５３のうちのいくつかにのみ接触する１つまたは複数のストッパー片で構成されていてもよい。この場合、各ストッパー６は、内槽本体部２１の最下点に対して左右対称であることが望ましい。さらに、各ストッパー６は、外側部材５３ではなく、筒状体５１と接触または近接してもよい。

同様に、各ポジショナー７は、外側部材５３と同数のポジショナー片に分割されていてもよい。また、各ポジショナー７は、外側部材５３のうちのいくつかにのみ接触する１つまたは複数のポジショナー片で構成されていてもよい。この場合、各ポジショナー７は、内槽本体部２１の最下点に対して左右対称であることが望ましい。さらに、各ポジショナー７は、外側部材５３ではなく、筒状体５１と接触または近接してもよい
以上説明したように、本実施形態の舶用二重殻タンク１では、内槽２内に液化ガスが投入されたときには、一対の支持体５が内槽本体部２１の熱収縮に伴って移動して一対のストッパー６と接触するか近接する。従って、内槽２内に液化ガスが投入された状態で、タンク１の軸方向に加速度が生じて拘束体４による内槽ドーム２２の保持位置を中心とする大きな軸方向モーメントが発生したとしても、一方の支持体５と一方のストッパー６との当接により、内槽本体部２１は全く移動しないか僅かにしか移動しない。従って、内槽ドーム２２と内槽本体部２１の境界近傍または拘束体４近傍に大きな応力が作用することを抑制することができる。しかも、内槽本体部２１が熱収縮するときに、摩擦によりタンク１の軸方向において内槽ドーム２２の中心Ｃ以外の位置を中心に不適切に熱収縮しようとしても、一方のストッパー６と一方の支持体５との接触により、そのような不適切な熱収縮を正すことができる。

さらに、本実施形態では、ストッパー６に加えてポジショナー７も設けられているので、製造時には内槽２を一対の支持体５が一対のポジショナー７の内側に挿入されるように設置することで、内槽２を簡単に正規の位置に位置決めすることができる。また、内槽２内から液化ガスが取り除かれて内槽本体部２１が熱膨張するときは、摩擦によりタンク１の軸方向において内槽ドーム２２の中心Ｃ以外の位置を中心に不適切に熱膨張しようとしても、一方のポジショナー７と一方の支持体５との接触により、そのような不適切な熱膨張を正すことができる。

また、複数の筒状体５１を含む支持体５は中空構造であるため、支持体５を介した外槽３外から内槽２内への熱侵入を抑制することができる。しかも、本実施形態では、各筒状体５１がＧＦＲＰからなっているので、支持体５を介した熱侵入をいっそう抑制することができる。

さらに、内槽２と外槽３の間の空間１０は真空空間であるので、長時間に亘り液化ガスを低温に維持することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、各支持体５は、内側部材５２および外側部材５３を含まなくてもよい。つまり、筒状体５１が直接的に内槽本体部２１の外周面に固定されてもよいし、筒状体５１が直接的に外槽本体部３１の内周面上をスライドしてストッパー６およびポジショナー７と接触または近接してもよい。あるいは、各支持体５は、筒状体５１の代わりに、内槽本体部２１の周方向に配列された中実の断熱ブロックを含んでもよい。

また、各支持体５は、円弧状の１つの断熱ブロックであってもよい。この場合、ストッパー６およびポジショナー７がその断熱ブロックに直接当接してもよい。さらに、この場合は、ストッパー６およびポジショナー７が、断熱ブロックの中央部のみと当接するように、円弧状ではなく短い直線状であってもよい。

また、各支持体５と外槽本体部３１の内周面との間には必ずしもスライドシート９が介在している必要はない。例えば、各支持体５の外側部材５３を潤滑性のある材料で構成してもよいし、外側部材５３と外槽本体部３１の内周面との間にオイルが塗布されていてもよい。

また、ポジショナー７は必ずしも設けられている必要はなく、ストッパー６のみが設けられていてもよい。この場合には、製造時に内槽２が正規の位置に位置していなくても、内槽２内に液化ガスが投入されると、一方の支持体５と一方のストッパー６との接触により、内槽２が正規の位置に位置決めされる。従って、製造工程を簡素化することができる。

１舶用二重殻タンク
１０空間
２内槽
２１内槽本体部
２２内槽ドーム
３外槽
３１外槽本体部
３２外槽ドーム
４拘束体
５支持体
５１筒状体
６ストッパー
７ポジショナー

Claims

横置き円筒状の舶用二重殻タンクであって、
液化ガスを貯留する内槽本体部および前記内槽本体部から上向きに突出する内槽ドームを含む内槽と、
前記内槽本体部を取り囲む外槽本体部および前記内槽ドームを取り囲む外槽ドームを含む外槽と、
前記内槽ドームと前記外槽ドームとの間に配置された、前記外槽ドームに対する前記内槽ドームの中心位置を拘束する拘束体と、
前記タンクの軸方向において前記内槽ドームの中心の両側に配置され、前記内槽本体部の外周面に固定された、前記外槽本体部の内周面上をスライド可能な一対の支持体と、
前記外槽本体部の内周面に固定された、前記一対の支持体の間で前記タンクの軸方向に互いに離間する一対のストッパーであって、前記内槽内に液化ガスが投入されたときに前記内槽本体部の熱収縮に伴って移動する前記一対の支持体とそれぞれ接触または近接する一対のストッパーと、
を備える、舶用二重殻タンク。
前記タンクの軸方向において前記一対の支持体の両側に配置され、前記外槽本体部の内周面に固定された、前記内槽内に液化ガスが投入されていないときに前記一対の支持体とそれぞれ接触または近接する一対のポジショナーをさらに備える、請求項１に記載の舶用二重殻タンク。
前記一対の支持体のそれぞれは、各々の軸方向が前記内槽本体部の径方向と合致するように前記内槽本体部の周方向に配列された複数の筒状体を含む、請求項１または２に記載の舶用二重殻タンク。
前記複数の筒状体のそれぞれは、ガラス繊維強化プラスチックからなる、請求項３に記載の舶用二重殻タンク。
前記一対のストッパーのそれぞれは、前記支持体の全域に跨るように前記内槽本体部の周方向に延びる棒状の部材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の舶用二重殻タンク。
前記内槽と前記外槽との間の空間は真空空間である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の舶用二重殻タンク。